DE202021003680U1 - Crucible for cathode materials - Google Patents

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Abstract

Tiegel, insbesondere für mindestens ein Kathodenmaterial, umfassend einen oxydischen Faserverbundwerkstoff, wobei der Faserverbundwerkstoff oxydische Keramikfasern enthält, welche in eine Matrix eingebracht sind, wobei die Matrix mindestens ein Metalloxid enthält.

Figure DE202021003680U1_0000
Crucible, in particular for at least one cathode material, comprising an oxidic fiber composite material, the fiber composite material containing oxidic ceramic fibers which are introduced into a matrix, the matrix containing at least one metal oxide.
Figure DE202021003680U1_0000

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Tiegel, insbesondere für Kathodenmaterial bzw. Kathodenmaterialien, umfassend einen oxydischen Faserverbundwerkstoff, wobei der Faserverbundwerkstoff oxydische Keramikfasern enthält, welche in eine Matrix eingebracht sind, wobei die Matrix mindestens ein Metalloxid enthält.The present invention relates to a crucible, in particular for cathode material or cathode materials, comprising an oxidic fiber composite material, the fiber composite material containing oxidic ceramic fibers which are introduced into a matrix, the matrix containing at least one metal oxide.

Durch die Abkehr von fossilen Brennstoffen rückt die Speicherung von elektrischer Energie zunehmend in den Fokus des alltäglichen Lebens, wobei die elektrische Energie üblicherweise mit Batterien gespeichert wird. Batterien unterscheidet man hierbei in primäre und sekundäre Energiespeicher. Während bei primären Energiespeichern chemische Energie irreversibel in elektrische Energie umgewandelt wird, ermöglichen sekundäre Energiespeicher (Akkumulatoren) eine Mehrfachnutzung durch die Möglichkeit, eine abgelaufene chemische Reaktion durch Zufuhr von elektrischer Energie umzukehren, sodass letztere bevorzugt sind, insbesondere für die meisten technischen Anwendungen. So werden beispielsweise sekundäre Energiespeicher mit einem aktiven Kathodenmaterial auf Lithium-Ionen-Basis in verschiedensten Anwendungsfeldern eingesetzt. Beispiele hierfür sind Mobiltelefone, tragbare Computer, und insbesondere Elektro-und Hybridfahrzeuge.With the move away from fossil fuels, the storage of electrical energy is increasingly becoming the focus of everyday life, with electrical energy usually being stored in batteries. Batteries are divided into primary and secondary energy storage. While chemical energy is irreversibly converted into electrical energy in primary energy storage, secondary energy storage (accumulators) enable multiple uses due to the possibility of reversing a chemical reaction that has taken place by supplying electrical energy, so that the latter is preferred, especially for most technical applications. For example, secondary energy stores with an active cathode material based on lithium ions are used in a wide variety of fields of application. Examples include cell phones, portable computers, and especially electric and hybrid vehicles.

Durch die breite Verwendung von Lithium-Ionen-Batterien werden aktive Kathodenmaterialien in großer Menge und stark steigender Tendenz benötigt. Zur Zeit ist es üblich, als aktives Kathodenmaterial Lithium-Mischmetalloxide mit den Übergangsmetallen Nickel (Ni), Mangan (Mn) und/oder Cobalt (Co) einzusetzen. Die am häufigsten produzierten Kathodenmaterialien sind Lithiumnnickelcobaltmanganoxid (LiaNixCOyMnzO2, x + y + z = 1, a üblicherweise ≥1) und Lithiumcobaltoxid(LiCoO2), sowie Lithiumnickelcobaltaluminiumoxid (insbesondere LiNixCoyAlzO2, x + y + z = 1) und Lithiumeisenphosphat (LiFePO4).Due to the widespread use of lithium-ion batteries, active cathode materials are required in large quantities and with a strong upward trend. It is currently customary to use lithium mixed metal oxides with the transition metals nickel (Ni), manganese (Mn) and/or cobalt (Co) as the active cathode material. The most commonly produced cathode materials are lithium nickel cobalt manganese oxide (Li a Ni x CO y Mn z O 2 , x + y + z = 1, a usually ≥1) and lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ), and lithium nickel cobalt aluminum oxide (especially LiNi x Co y Al z O 2 , x + y + z = 1) and lithium iron phosphate (LiFePO 4 ).

Bei der großtechnischen Herstellung von Kathodenmaterialien werden die jeweiligen Ausgangsstoffe in einem Tiegel, wegen der Form auch „Viereckkapsel bzw. V-Kapsel“ genannt, üblicherweise durch einen Durchlaufen (Rollenofen) transportiert und hierbei auf eine Temperatur von mehreren hundert Grad Celsius erhitzt, wodurch eine chemische Umsetzung zum gewünschten Produkt erfolgt.In the large-scale production of cathode materials, the respective starting materials are usually transported through a conveyor (roller oven) in a crucible, also known as a "square capsule or V-capsule" because of its shape, and heated to a temperature of several hundred degrees Celsius chemical conversion to the desired product takes place.

Es hat sich in der Praxis gezeigt, dass die „V-Kapseln“ einer erheblichen Korrosion unterliegen. Ursache hierfür ist die chemische Aggressivität der in der V-Kapsel transportierten Substanzen, welche bei den hohen Temperaturen im Ofen das Material der V-Kapsel stark angreifen. Vor allem bei der Herstellung von LiaNixCoyMnzO2 tritt wegen der besonders aggressiven Übergangsmetalle eine sehr starke Korrosion der Kapseln auf. Dies hat in nachteiliger Weise zur Folge, dass die Kapseln nur eine relativ geringe Anzahl von Verwendungen erlauben und rasch ersetzt werden müssen. Meist können die Kapseln nur für 20-40 Produktionszyklen eingesetzt werden. Erschwerend kommt hinzu, dass die Kapseln nach dem Gebrauch Rückstände des Kathodenpulvers aufweisen können, was eine aufwendige und teure Entsorgung erforderlich macht. Zudem können Materialien der Kapsel das Kathodenpulver kontaminieren, was zu dessen Verunreinigung führt und insgesamt dessen Qualität vermindert.It has been shown in practice that the "V-caps" are subject to considerable corrosion. The reason for this is the chemical aggressiveness of the substances transported in the V-capsule, which strongly attack the material of the V-capsule at the high temperatures in the oven. Particularly in the production of Li a Ni x Co y Mn z O 2 , the capsules corrode very severely because of the particularly aggressive transition metals. The disadvantage of this is that the capsules only allow a relatively small number of uses and have to be replaced quickly. Usually the capsules can only be used for 20-40 production cycles. To make matters worse, the capsules can contain residues of the cathode powder after use, which necessitates complex and expensive disposal. In addition, capsule materials can contaminate the cathode powder, leading to its contamination and overall reduced quality.

Stand der Technik:State of the art:

Aktuell kommen beim Erhitzen der beschriebenen Kathodenpulver V-Kapseln aus Spinell-Cordierit-Mullit-Mischungen zum Einsatz, üblicherweise mit einem Al2O3 Gehalt von 50-70 Gew.%, einem SiO2 Gehalt von 10-25 Gew.%, sowie einem MgO Anteil von 15-30 Gew.%, wobei sich die Gew.% zu 100 Gew.% addieren. Diese Materialien widerstehen den beim Herstellungsbrand der beschriebenen Kathodenpulver auftretenden Temperaturgradienten von 200-500 °C/h gut. Allerdings korrodieren diese „Brennhilfsmittelmaterialien“ stark und erreichen dadurch einen sehr begrenzten Lebenszyklus bei hoher Verunreinigung des Kathodenpulvers.Currently, when heating the cathode powder described, V-capsules made from spinel-cordierite-mullite mixtures are used, usually with an Al 2 O 3 content of 50-70% by weight, an SiO 2 content of 10-25% by weight, and an MgO content of 15-30% by weight, the % by weight adding up to 100% by weight. These materials withstand well the temperature gradients of 200-500° C./h that occur during the production firing of the cathode powders described. However, these "furnace materials" corrode severely and thus achieve a very limited life cycle with high contamination of the cathode powder.

Es besteht jedoch nach wie vor das Problem, einen Tiegel, insbesondere für Kathodenmaterial bzw. Kathodenmaterialien, bereitzustellen, welcher länger einsetzbar ist und zu weniger Korrosion führt.However, there is still the problem of providing a crucible, in particular for cathode material or cathode materials, which can be used for longer and leads to less corrosion.

Die Erfinder haben einen Tiegel gefunden, mit dem sich die Probleme des Stands der Technik lösen lassen. Insbesondere weist ein erfindungsgemäßer Tiegel eine gute Temperaturwechselbeständigkeit des monolithischen Aluminiumoxids bei gleichzeitig deutlich verbesserten Korrosionseigenschaften. Ein weiterer Vorteil ergibt sich durch eine erzielbare Dünnwandigkeit des Tiegels und somit eine deutliche Gewichtseinsparung, wobei zudem das Festigkeitsniveau des Tiegels im Vergleich zu solchen des Stands der Technik deutlich erhöht werden kann. Die Dünnwandigkeit des Tiegels erlaubt zudem eine deutlich verbesserte (schnellere) Energieaufnahme des Kathodenpulvers und damit Energieersparnis.The inventors found a crucible that solves the problems of the prior art. In particular, a crucible according to the invention has good thermal shock resistance of the monolithic aluminum oxide with significantly improved corrosion properties at the same time. A further advantage results from the achievable thin walls of the crucible and thus a significant saving in weight, with the strength level of the crucible also being able to be significantly increased compared to those of the prior art. The thin walls of the crucible also allow a significantly improved (faster) energy absorption of the cathode powder and thus energy savings.

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Tiegel, insbesondere für mindestens ein Kathodenmaterial, umfassend einen oxydischen Faserverbundwerkstoff, wobei der Faserverbundwerkstoff oxydische Keramikfasern enthält, welche in eine Matrix eingebracht sind, wobei die Matrix mindestens ein Metalloxid enthält. Ein erfindungsgemäßer Tiegel kann üblicherweise für ein bestimmtes Kathodenmaterial verwendet werden, jedoch ist er nicht auf die Verwendung für ein bestimmtes Kathodenmaterial beschränkt, und ein erfindungsgemäßer Tiegel kann für verschiedenste Kathodenmaterialien verwendet werden.The present invention relates to a crucible, in particular for at least one cathode material, comprising an oxidic fiber composite material, the fiber composite material containing oxidic ceramic fibers which are introduced into a matrix, the matrix containing at least one metal oxide. A crucible according to the invention can be commonly used for a specific cathode material, but is not limited to use for a specific cathode material, and a crucible of the present invention can be used for a variety of cathode materials.

Weitere Aspekte der vorliegenden Erfindung sind den abhängigen Ansprüchen und der detaillierten Beschreibung zu entnehmen.Further aspects of the present invention can be found in the dependent claims and the detailed description.

Beschreibung der FigurenDescription of the figures

Die beiliegenden Zeichnungen sollen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung veranschaulichen und ein weiteres Verständnis dieser vermitteln. Im Zusammenhang mit der Beschreibung dienen sie der Erklärung von Konzepten und Prinzipien der Erfindung. Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander dargestellt. Gleiche, funktionsgleiche und gleich wirkende Elemente, Merkmale und Komponenten sind in den Figuren der Zeichnungen, sofern nichts anderes ausgeführt ist, jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.The accompanying drawings are intended to illustrate and provide a further understanding of embodiments of the present invention. In the context of the description, they serve to explain the concepts and principles of the invention. Other embodiments and many of the foregoing advantages will become apparent by reference to the drawings. The elements of the drawings are not necessarily drawn to scale with respect to one another. Identical, functionally identical and identically acting elements, features and components are provided with the same reference symbols in the figures of the drawings, unless otherwise stated.

1 zeigt schematisch einen Querschnitt eines erfindungsgemäßen Tiegels 1. 1 shows schematically a cross section of a crucible 1 according to the invention.

Detaillierte Beschreibung der ErfindungDetailed description of the invention

Definitionendefinitions

So nicht anderweitig definiert haben hierin verwendete technische und wissenschaftliche Ausdrücke dieselbe Bedeutung, wie sie von einem Fachmann auf dem Fachgebiet der Erfindung gemeinhin verstanden wird.Unless otherwise defined, technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one skilled in the art of the invention.

Mengenangaben im Rahmen der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf Gew.%, soweit nicht anderweitig angegeben oder aus dem Kontext ersichtlich ist.Quantities in the context of the present invention relate to % by weight, unless stated otherwise or is apparent from the context.

Ein Tiegel ist ein feuerfestes und bevorzugt chemisch resistentes Gefäß zum Erhitzen von Stoffen und/oder zur Herstellung von Schmelzen. Der Tiegel ist im Rahmen der vorliegenden Offenbarung hinsichtlich der Form, Maße und Ausgestaltung nicht besonders beschränkt, sofern er dazu verwendet werden kann, ein zu schmelzendes Material, insbesondere ein Kathodenmaterial, weiter insbesondere ein Kathodenmaterial für Lithium-Batterien, aufzunehmen. Insbesondere für die Verarbeitung von Kathodenmaterial kann ein Tiegel beispielsweise als offener Quader ausgebildet sein, mit einem offenen rechteckigen Querschnitt, wie für einen Tiegel 1 in 1 schematisch und nicht maßstabsgetreu gezeigt.A crucible is a fireproof and preferably chemically resistant vessel for heating substances and/or producing melts. Within the scope of the present disclosure, the crucible is not particularly restricted in terms of shape, dimensions and design, provided that it can be used to hold a material to be melted, in particular a cathode material, more particularly a cathode material for lithium batteries. In particular for the processing of cathode material, a crucible can be designed, for example, as an open cuboid with an open rectangular cross section, as for a crucible 1 in 1 shown schematically and not to scale.

Im erfindungsgemäßen Tiegel ist der oxydische Faserverbundwerkstoff nicht besonders beschränkt, wie auch die oxydischen Keramikfasern und die Matrix, welche mindestens ein Metalloxid enthält. Der Faserverbundwerkstoff zeichnet sich dadurch aus, dass die Fasern in die Matrix eingebracht sind, also beispielsweise in Form eines Geleges, eines Gewirks oder eines Geflechts. Gemäß bestimmten Ausführungsformen sind die Fasern in der Matrix regellos eingebracht, wie das beispielsweise bei einem Faserspritzen erzielt werden kann. Hierdurch kann ein flächenisotropes Eigenschaftsprofil erzielt werden, welches sich vorteilhaft für Tiegel auswirkt.In the crucible of the present invention, the oxide fiber composite material is not particularly limited, as are the oxide ceramic fibers and the matrix containing at least one metal oxide. The fiber composite material is characterized in that the fibers are introduced into the matrix, for example in the form of a scrim, a knitted fabric or a braid. According to certain embodiments, the fibers are randomly introduced into the matrix, such as can be achieved with fiber spraying. In this way, a surface-isotropic profile of properties can be achieved, which is advantageous for crucibles.

Gemäß bestimmten Ausführungsformen sind die oxydischen Keramkifasern Fasern aus Aluminiumoxid und/oder auf Basis von Mullit, wobei Fasern aus Aluminiumoxid bevorzugt sind. Obgleich es nicht ausgeschlossen sind, dass in einem erfindungsgemäßen Tiegel verschieden oxydische Keramikfasern vorhanden sind, ist es gemäß bestimmten Ausführungsformen bevorzugt, wenn nur eine Art von oxydischer Keramikfaser vorhanden ist. Insbesondere mit Fasern aus Aluminiumoxid und/oder Mullit ist eine gute Formbarkeit wie auch eine gute Haftung der Matrix bei der Herstellung erzielbar, sodass Tiegel mit guter Formbeständigkeit und Festigkeit erhalten werden.According to certain embodiments, the oxide ceramic fibers are aluminum oxide and/or mullite-based fibers, aluminum oxide fibers being preferred. Although it is not excluded that different oxidic ceramic fibers are present in a crucible according to the invention, it is preferred according to certain embodiments if only one type of oxidic ceramic fiber is present. Good formability and good adhesion of the matrix during production can be achieved in particular with fibers made of aluminum oxide and/or mullite, so that crucibles with good dimensional stability and strength are obtained.

Gemäß bestimmten Ausführungsformen sind die oxydischen Keramikfasern Fasern mit einer Länge von 1 mm bis 150 mm, bevorzugt von 2 bis 115 mm weite bevorzugt von 3 bis 100 mm„ welche bevorzugt geschnitten sind, also insbesondere Kurzfasern mit einer entsprechenden Länge. Die Art und Weise des Schnitts ist nicht besonders beschränkt. Bevorzugt weisen jedoch die oxydischen Keramikfasern eine im Wesentlichen homogenen Verteilung hinsichtlich der Länge auf, um eine gleichmäßige Festigkeit im finalen Tiegel zu erzielen. Insbesondere mit Fasern einer solchen Länge wird eine ausreichende Festigkeit des Tiegels erzielt. Die Fasern können hierbei einzeln und/oder als Bündel in die Matrix eingebracht sein. Gemäß bestimmten Ausführungsformen sind die Fasern als Bündel in die Matrix eingebracht, beispielsweise regellos. Hierzu können die Fasern auch beim Einbringen geschnitten werden. So Faserbündel verwendet werden, ist die Anzahl an Fasern im Bündel nicht besonders beschränkt, und ein Bündel kann beispielsweise 100 bis 50000 Einzelfasern, beispielsweise 500 bis 10000 Einzelfasern, z.B. 1000 bis 5000 Einzelfasern umfassen. Geeignete Fasern bzw. Faserbündel und/oder Gewebe sind beispielsweise Nextel™ 610 (Al2O3) oder Nextel720 (auf Basis von Mullit) von 3M™ (erhältlich als Fasern auf Rolle (rovings) sowie auch als Gewebe (woven fibres)), welche ggf. auf eine geeignete Länge geschnitten werden können.According to certain embodiments, the oxidic ceramic fibers are fibers with a length of 1 mm to 150 mm, preferably 2 to 115 mm, more preferably 3 to 100 mm, which are preferably cut, ie in particular short fibers with a corresponding length. The manner of cutting is not particularly limited. However, the oxidic ceramic fibers preferably have an essentially homogeneous distribution in terms of length in order to achieve uniform strength in the final crucible. Sufficient strength of the crucible is achieved in particular with fibers of such a length. The fibers can be introduced into the matrix individually and/or as a bundle. According to certain embodiments, the fibers are introduced into the matrix as bundles, for example randomly. For this purpose, the fibers can also be cut during insertion. When fiber bundles are used, the number of fibers in the bundle is not particularly limited, and a bundle may comprise, for example, 100 to 50000 individual fibers, for example 500 to 10000 individual fibers, eg 1000 to 5000 individual fibers. Suitable fibers or fiber bundles and/or fabrics are, for example, Nextel™ 610 (Al 2 O 3 ) or Nextel 720 (based on mullite) from 3M™ (available as fibers on a roll (rovings) as well as woven fibers, which can be cut to a suitable length if necessary.

Insbesondere bei einem Fasersprühprozess können Faserbündel derart eingebracht werden, dass die Bündelstruktur in der Matrix erhalten bleibt und sie nicht in Einzelfasern zerfällt. Es ist jedoch nicht ausgeschlossen, dass die Fasern auch teilweise oder vollständig als Einzelfasern in der Matrix vorhanden sind, wie es beispielsweise bei einem Dispergieren und/oder Homogenisieren von Fasern in einem Schlicker erfolgen kann, dass Faserbündel getrennt werden, und/oder es können auch gezielt Einzelfasern eingebracht werden.In particular in a fiber spraying process, fiber bundles can be introduced in such a way that the bundle structure is retained in the matrix and it does not disintegrate into individual fibers. However, it cannot be ruled out that the fibers are also partially or completely present as individual fibers in the matrix, as can happen, for example, when fibers are dispersed and/or homogenized in a slurry, that fiber bundles are separated, and/or it can also targeted individual fibers are introduced.

Gemäß bestimmten Ausführungsformen liegt in einem erfindungsgemäßen Tiegel eine Vielzahl von oxydischen Keramikfasern vor, beispielsweise als Fasergewebe und/oder als Abschnitte von Faserbündeln, welche in eine Matrix eingebracht sind, wobei die Matrix mindestens ein Metalloxid enthält. Hierbei ist die Art des Fasergewebes und/oder der Faserbündel nicht besonders beschränkt, wie auch nicht die Einbringung in die Matrix. Beispielsweise können die Fasern, Faserbündel und/oder das Fasergewebe in eine Matrix in Form eines Schlickers eingebracht werden, welcher dann geeignet getrocknet werden kann. Auch ist es möglich, Fasern, beispielsweise auch in Form von Faserbündeln, und Schlicker gleichzeitig auf einen Formkörper zu sprühen. Bei solch einen Sprühverfahren hergestellte Lagen können dann auch zu Platten zusammengesetzt werden, aus denen dann ein Tiegel geformt werden kann.According to certain embodiments, a large number of oxidic ceramic fibers are present in a crucible according to the invention, for example as fiber fabric and/or as sections of fiber bundles, which are introduced into a matrix, the matrix containing at least one metal oxide. The type of fiber fabric and/or the fiber bundle is not particularly restricted here, nor is its introduction into the matrix. For example, the fibers, fiber bundles and/or the fiber web can be introduced into a matrix in the form of a slip, which can then be suitably dried. It is also possible to spray fibers, for example also in the form of fiber bundles, and slip onto a shaped body at the same time. Layers produced with such a spraying process can then also be assembled into plates, from which a crucible can then be formed.

Für eine Schlickerherstellung können der Matrix auch Hilfsstoffe wie Dispergierhilfsmittel und/oder Lösungsmittel wie Wasser und/oder Glycerol zugegeben werden, welche jedoch bevorzugt beim Herstellen des Tiegels wieder ausgestrieben werden. So ist es zwar nicht ausgeschlossen, dass sich in einem erfindungsgemäßen Tiegel noch Spuren von Dispergierhilfsmitteln, Lösungsmitteln o.ä. wiederfinden, jedoch ist es bevorzugt, dass diese bei der Herstellung des Tiegels ausgetrieben werden, beispielsweise in einem Trocknungs- und/oder einem Sinterschritt.Auxiliaries such as dispersing aids and/or solvents such as water and/or glycerol can also be added to the matrix for slip production, but these are preferably expelled again when the crucible is produced. Although it cannot be ruled out that traces of dispersing aids, solvents or the like may still be found in a crucible according to the invention, it is preferred that these are expelled during production of the crucible, for example in a drying and/or sintering step .

Gemäß bestimmten Ausführungsformen umfasst die Matrix Aluminiumoxid und ggf. Zirkoniumdioxid (ZrO2, Zirkonoxid). Gemäß bestimmten Ausführungsformen umfasst die Matrix Aluminiumoxid und Zirkoniumdioxid. Obgleich nicht ausgeschlossen ist, dass in der Matrix weitere Zusatzstoffe vorhanden sind, welche nicht besonders beschränkt sind, besteht die Matrix gemäß bestimmten Ausführungsformen aus Aluminiumoxid und ggf. Zirkoniumdioxid, besteht also beispielsweise nur aus Aluminiumoxid, oder besteht aus Aluminiumoxid und Zirkoniumdioxid. So die Matrix aus Aluminiumoxid und Zirkonoxid besteht, sind die Mengenanteile hiervon nicht besonders beschränkt, wobei die Matrix beispielsweise 40 bis 90 Gew.% Aluminiumoxid und 60 bis 10 Gew.% Zirkonoxid, z.B. 60 bis 85 Gew. Aluminiumoxid und 40 bis 15 Gew.% Zirkonoxid, z.B. 70 bis 80 Gew.% Aluminiumoxid und 30 bis 20 Gew.% Zirkonoxid, z.B. etwas 75 Gew.% Aluminiumoxid und etwa 25 Gew.% Zirkonoxid, enthalten kann. Insbesondere Aluminiumoxid und Zirkoniumdioxid eignen sich besonders für die Herstellung eines erfindungsgemäßen Tiegels, da diese bei Temperaturen gesintert werden können, bei denen die Beständigkeit der bevorzugten oxydischen Keramikfasern nicht beeinträchtigt wird, beispielsweise bei maximal 1250°C. Hieraus ergibt sich ebenso, dass auch weitere Materialien in der Matrix vorhanden sein können, welche eine entsprechende Sintertemperatur ermöglichen. Die Matrix ist dann hinsichtlich der finalen Form nicht mehr besonders beschränkt, und kann beispielsweise auch porös sein.According to certain embodiments, the matrix comprises aluminum oxide and optionally zirconium dioxide (ZrO 2 , zirconium oxide). According to certain embodiments, the matrix comprises alumina and zirconia. Although it cannot be ruled out that further additives are present in the matrix, which are not particularly restricted, according to certain embodiments the matrix consists of aluminum oxide and possibly zirconium dioxide, ie consists for example only of aluminum oxide, or consists of aluminum oxide and zirconium dioxide. If the matrix consists of aluminum oxide and zirconium oxide, the proportions thereof are not particularly limited, the matrix containing, for example, 40 to 90% by weight aluminum oxide and 60 to 10% by weight zirconium oxide, for example 60 to 85% by weight aluminum oxide and 40 to 15% by weight % zirconia, eg 70 to 80% by weight alumina and 30 to 20% by weight zirconia, eg about 75% by weight alumina and about 25% by weight zirconia. Aluminum oxide and zirconium dioxide in particular are particularly suitable for the production of a crucible according to the invention, since these can be sintered at temperatures at which the resistance of the preferred oxidic ceramic fibers is not impaired, for example at a maximum of 1250.degree. It also follows from this that other materials can also be present in the matrix, which enable a corresponding sintering temperature. The matrix is then no longer particularly restricted with regard to the final shape and can also be porous, for example.

Durch das Sintern kann die Matrix mit den Fasern physikalisch verbunden werden, Gemäß bestimmten Ausführungsformen findet sich also in einen erfindungsgemäßen Tiegel zumindest eine physikalische Bindung zwischen Fasern und Matrix. Durch die Art der Bindung kann sich eine Porosität im finalen Tiegelmaterial ergeben. Gemäß bestimmten Ausführungsformen weist ein erfindungsgemäßer Tiegel eine Porosität von 17 bis 43%, bevorzugt 20 bis 40% auf, welche sich beispielsweise bei der Verwendung von Fasergeweben ergibt. Die Porosität kann hierbei beispielsweise geeignet durch eine Auftriebsmessung bzw. durch eine hydrostatische Methode bestimmt werden. Beispielsweise kann hierfür der Tiegel auch mit Wasser getränkt werden, wobei die Messung dann z.B. durch Kochen, Vakuum ziehen, etc., zum Abtrennen des Wassers erfolgen kann. Bei der Verwendung von Kurzfasern kann beispielsweise aber auch eine Porosität von 30 bis 42%, bevorzugt 35 bis 40% erzielt werden.The matrix can be physically connected to the fibers by sintering. According to certain embodiments, there is at least one physical bond between fibers and matrix in a crucible according to the invention. The type of bonding can result in porosity in the final crucible material. According to certain embodiments, a crucible according to the invention has a porosity of 17 to 43%, preferably 20 to 40%, which results, for example, when fiber fabrics are used. In this case, the porosity can be suitably determined, for example, by a buoyancy measurement or by a hydrostatic method. For example, the crucible can also be soaked with water for this purpose, in which case the measurement can then be carried out, e.g. by boiling, drawing a vacuum, etc., to separate the water. When using short fibers, however, a porosity of 30 to 42%, preferably 35 to 40%, can also be achieved, for example.

Gemäß bestimmten Ausführungsformen ist der Tiegel eine Viereckkapsel. Mit diesen Kapseln, auch V-Kapsel genannt, ist eine weitere Optimierung des Tiegels hinsichtlich des Fassungsvermögens möglich. Insbesondere für die Verarbeitung von Kathodenmaterialien ist die Verwendung von Viereckkapseln vorteilhaft, da diese nebeneinander mit hoher Effizienz gelagert werden können, während gleichzeitig eine gute Stabilität des Tiegels gewährleistet ist und das Kathodenmaterial effektiv verarbeitet werden kann. In dieser Hinsicht ist eine Viereckkapsel auch als eine Art Transportwanne zu sehen, die geeignet ist zum Transportieren und Erhitzen von chemischen Substanzen, insbesondere als Transportwanne bei der Herstellung von Kathodenmaterialien für Lithium-Ionen-Batterien.According to certain embodiments, the crucible is a square capsule. With these capsules, also called V-capsule, a further optimization of the crucible in terms of capacity is possible. Especially for the processing of cathode materials, the use of square capsules is advantageous because they can be stored side by side with high efficiency, while at the same time ensuring good stability of the crucible and the cathode material can be processed effectively. In this regard, a square capsule can also be seen as a kind of transport trough suitable for transporting and heating chemical substances, especially as a transport trough in the manufacture of cathode materials for lithium-ion batteries.

Gemäß bestimmten Ausführungsformen liegt eine Wandstärke des Tiegels zwischen 0,5 und 7 mm, bevorzugt von 1 bis 5 mm, beispielsweise von 2 bis 3 mm. Hierbei ist nicht ausgeschlossen, dass sich die Dicke eines Bodens des Tiegels von der Dicke einer Wand unterscheidet, indem beispielsweise im Bodenbereich mehr Matrix-Faser-Lagen bei der Herstellung vorgesehen sind. Gemäß bestimmten Ausführungsformen sind jedoch die Dicken der Wände und des Bodens des Tiegels im Wesentlichen gleich. Es hat sich überraschend gezeigt, dass sich durch die Kombination von oxydischer Keramik mit der Matrix auch dünnere Wandstärken mit ausreichender Festigkeit im Vergleich zum Stand der Technik erzielen lassen.According to certain embodiments, the wall thickness of the crucible is between 0.5 and 7 mm, preferably 1 to 5 mm, for example 2 to 3 mm. It cannot be ruled out here that the thickness of a bottom of the crucible differs from the thickness of a wall, for example by more matrix fiber layers being provided in the bottom area during manufacture. However, according to certain embodiments, the thicknesses of the walls and bottom of the crucible are substantially the same. Surprisingly, it has been shown that the combination of oxidic ceramics with the matrix also makes it possible to achieve thinner walls with sufficient strength compared to the prior art.

Gemäß bestimmten Ausführungsformen besteht der Tiegel aus einer oder mehreren Lagen eines Gewebes aus den oxydischen Keramikfasern welche mit der Matrix verbunden sind. Durch das Verwenden von Lagen kann hierbei die Festigkeit weiter gesteigert werden, da hierdurch auch eine Ausrichtung und bessere Verteilung der Fasern ermöglicht wird. Die Anzahl der Lagen ist hierbei nicht besonders beschränkt und richtet sich beispielsweise an der zu erzielenden Wandstärke, aber kann auch beispielsweise vom Fasertyp abhängen. Obgleich nicht ausgeschlossen ist, dass erfindungsgemäße Tiegel mit einer Lage auskommen, kann der Tiegel mehr Lagen aufweisen, z.B. bei einer Wandstärke von 5 mm je nach Faser 5 bis 20 Lagen, z.B. 9 oder 17 Lagen. Entsprechend kann ein Tiegel gemäß bestimmten Ausführungsformen aus 1 bis 25, z.B. 1 bis 20 Lagen, bestehen.According to certain embodiments, the crucible consists of one or more layers of a fabric made of the oxidic ceramic fibers which are connected to the matrix. The strength can be further increased by using layers, since this also enables alignment and better distribution of the fibers. The number of layers is not particularly limited here and depends, for example, on the wall thickness to be achieved, but can also depend on the fiber type, for example. Although it is not excluded that crucibles according to the invention make do with one layer, the crucible can have more layers, e.g. with a wall thickness of 5 mm depending on the fiber 5 to 20 layers, e.g. 9 or 17 layers. Accordingly, according to certain embodiments, a crucible may consist of 1 to 25, e.g., 1 to 20 layers.

Gemäß bestimmten Ausführungsformen wurden einzelne Lagen durch einen Fasersprühprozess hergestellt, wie er beispielsweise in EP 3450128 A beschrieben ist. Der Fasersprühprozess ist hierbei nicht besonders beschränkt. Beispielsweise kann ein Schlicker auf eine Vielzahl von Fasern und/oder ein Fasergewebe gesprüht werden, oder die Fasern und der Schlicker können zusammen versprüht werden, beispielsweise auf eine geeignete Unterlage. Durch den Sprühprozess ist nicht nur eine einfache Formgebung möglich, sondern es kann auch eine gute Formstabilität und ein Erzielen einer einheitlichen Dicke erreicht werden, da hierdurch eine entsprechende Steuerung möglich ist. Nach dem Sprühprozess kann der Tiegel dann auch einfach durch Konditionieren, ggf. Schneiden und/oder Aufeinanderlegen sowie ggf. Laminieren und Pressen, Trocknen und Sintern hergestellt werden, wobei die Formgebung des Tiegels an geeigneter Stelle vorgenommen werden kann, beispielsweise vor, während oder nach dem Trocknen. Das Verfahren ist in dieser Hinsicht nicht besonders beschränkt.According to certain embodiments, individual layers have been produced by a fiber spraying process, such as that described in EP 3450128 A is described. The fiber spraying process is not particularly limited here. For example, a slip can be sprayed onto a plurality of fibers and/or a fibrous web, or the fibers and the slip can be sprayed together, for example onto a suitable substrate. The spraying process not only enables simple shaping, but also good dimensional stability and the achievement of a uniform thickness, since a corresponding control is possible as a result. After the spraying process, the crucible can then also be produced simply by conditioning, possibly cutting and/or stacking and possibly laminating and pressing, drying and sintering, with the shaping of the crucible being able to be carried out at a suitable point, for example before, during or after the drying. The method is not particularly limited in this regard.

Gemäß bestimmten Ausführungsformen weist der Tiegel eine rechteckige Form auf, wobei eine Länge und/oder eine Breite im Bereich von 100 bis 500 mm liegen und/oder eine Höhe im Bereich von 50 bis 200 mm liegt. Insbesondere weist ein erfindungsgemäßer Tiegel eine Länge und Breite von jeweils 330 mm sowie eine Höhe von 100 bis 150 mm auf. Hierdurch ist es möglich, eine Vielzahl von Tiegeln nebeneinander anzuordnen, beispielsweise zum Schmelzen von Kathodenmaterial.According to certain embodiments, the crucible has a rectangular shape with a length and/or a width ranging from 100 to 500 mm and/or a height ranging from 50 to 200 mm. In particular, a crucible according to the invention has a length and width of 330 mm and a height of 100 to 150 mm. This makes it possible to arrange a large number of crucibles next to one another, for example for melting cathode material.

Gemäß bestimmten Ausführungsformen weist der Tiegel ein Gewicht von 0,5 bis 3,0 kg auf. Im Vergleich zu herkömmlichen Tiegeln kann mit den vorliegenden Tiegeln eine Gewichtsersparnis erzielt werden, was sich bei der Verwendung vorteilhaft im Verschleiß von Anlagenteilen wie etwa Förderbändern, etc., auswirken kann.According to certain embodiments, the crucible has a weight of 0.5 to 3.0 kg. Compared to conventional crucibles, a weight saving can be achieved with the present crucibles, which can have an advantageous effect on the wear of plant parts, such as conveyor belts, etc., during use.

Die obigen Ausführungsformen, Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmalen der Erfindung. Insbesondere wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der vorliegenden Erfindung hinzufügen.The above embodiments, refinements and developments can be combined with one another as desired, insofar as this makes sense. Further possible refinements, developments and implementations of the invention also include combinations of features of the invention described above or below with regard to the exemplary embodiments that are not explicitly mentioned. In particular, the person skilled in the art will also add individual aspects as improvements or additions to the respective basic form of the present invention.

Die Erfindung wird im Anschluss mit Bezug auf verschiedene Beispiele davon weiter im Detail erläutert. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Beispiele beschränkt.The invention will be explained in further detail below with reference to various examples thereof. However, the invention is not limited to these examples.

Vergleichsbeispiel 1Comparative example 1

Typische, kommerziell erhältliche V-Kapseln aus Spinell-Cordierit-Mullit mit den Maßen 330 x 330 x 100 mm haben eine Wandstärke von 10-12 mm, um eine ausreichende Festigkeit zu erzielen, und ein Gewicht von 7-8 kg. Die Dichte liegt bei ca. 2,6 g/cm3.Typical commercially available spinel-cordierite-mullite V-caps measuring 330 x 330 x 100 mm have a wall thickness of 10-12 mm to give sufficient strength and weigh 7-8 kg. The density is about 2.6 g/cm 3 .

Vergleichsbeispiel 2Comparative example 2

Um eine weitere Gewichtsreduktion zu erzielen, wurde eine V-Kapsel gemäß den Abmessungen aus Vergleichsbeispiel 1 mit Al2O3 hergestellt. Diese zeigte eine deutlich geringere Korrosion im Vergleich zu Vergleichsbeispiel 1. Allerdings verhindert die schlechte Temperaturwechselbeständigkeit handelsüblicher Al2O3 Materialien den Einsatz als V-Kapseln in der angegebenen Größe beim Brennen von Kathodenpulvern.In order to achieve a further weight reduction, a V-cap according to the dimensions of Comparative Example 1 was produced with Al 2 O 3 . This showed significantly less corrosion compared to Comparative Example 1. However, the poor thermal shock resistance of commercially available Al 2 O 3 materials prevents use as V-capsules of the specified size when firing cathode powders.

Beispielexample

Um die Nachteile von monolithischem Aluminiumoxid kompensieren zu können, wurde angedacht, den Werkstoff mit einer Faserverstärkung zu versehen.In order to be able to compensate for the disadvantages of monolithic aluminum oxide, it was considered to provide the material with fiber reinforcement.

Hierzu wurde durch einen Fasersprühprozess eine Mischung, hergestellt durch Tränken von Bündeln von Kurzfasern aus Aluminiumoxid mit einer Länge von etwa 14 mm mit einem Schlicker umfassend eine Aluminiumoxid/Zirkoniumdioxid-Mischung (75/25 Gew.%) sowie ein Dispergierhilfsmittel in Wasser und Glycerol, zu einzelnen Gewebelagen gesprüht. Alternativ ist es auch möglich, einen entsprechenden Schlicker auf ein Gewebe aus den Fasern zu sprühen.For this purpose, a mixture, produced by soaking bundles of short aluminum oxide fibers with a length of about 14 mm with a slip comprising an aluminum oxide/zirconium dioxide mixture (75/25% by weight and a dispersing agent in water and glycerol, sprayed into individual layers of fabric. Alternatively, it is also possible to spray a corresponding slip onto a fabric made from the fibers.

Durch den Fasersprühprozess entstehen Lagen, welche dann, je nach Dicke, zusammengepresst, ggf. vorgetrocknet (insbesondere zur Entfernung von zumindest Teilen des Wasser), zu einem Tiegel geformt und anschließend für kurze Zeit bei 1250 °C gesintert werden, um Wasser, Glycerol und das Dispergierhilfsmittel zu entfernen.The fiber spraying process creates layers which, depending on the thickness, are then pressed together, if necessary pre-dried (in particular to remove at least part of the water), formed into a crucible and then sintered for a short time at 1250 °C to remove water, glycerol and to remove the dispersing agent.

Eine besondere Form der Herstellung ist die Verwendung von geschnittenen Einzelfaserbündeln (Kurzfaserbündeln). Durch den Sprühprozess ist es möglich, gleichzeitig geschnittene Kurzfaserbündel und/oder Kurzfasern und Schlicker auf einem Formkörper zu sprühen. Alternativ ist es auch hier möglich, auf diese Weise eine Platte zu erstellen und diese zu formen.A special form of production is the use of cut individual fiber bundles (short fiber bundles). The spraying process makes it possible to spray cut short fiber bundles and/or short fibers and slip onto a shaped body at the same time. Alternatively, it is also possible to create a plate in this way and to shape it.

Bei einer Dicke von 2,5 mm und einer typischen Dichte von 2,4 g/cm3 (bei Kurzfasern, kann bei Gewebe auch höher z.B. bei 2,6 g/cm3 sein) liegt das Gewicht einer Kapsel bei gleicher Größe bei 1,5 (1,6) kg und damit bei einer Gewichtsersparnis um den Faktor 5.At a thickness of 2.5 mm and a typical density of 2.4 g / cm 3 (in case of short fibers, in tissue can also be higher, for example at 2.6 g / cm 3 may be), the weight of a capsule of the same size at 1 .5 (1.6) kg and thus weight savings by a factor of 5.

Mit einer beispielsgemäß hergestellten V-Kapsel wird das Problem der schlechten Temperaturwechselbeständigkeit des monolithischen Aluminiumoxids gelöst, bei gleichzeitig verbesserten Korrosionseigenschaften. Ein weiterer Vorteil ergibt sich durch eine Dünnwandigkeit der V-Kapsel, die erzielt werden kann, und somit einer deutlichen Gewichtseinsparung. Zusätzlich kommt hinzu, dass das Festigkeitsniveau der V-Kapseln deutlich erhöht werden kann.The problem of the poor thermal shock resistance of the monolithic aluminum oxide is solved with a V-capsule produced according to the example, with improved corrosion properties at the same time. A further advantage results from the thin walls of the V-capsule, which can be achieved and thus a significant saving in weight. In addition, the strength level of the V-capsules can be significantly increased.

Durch den Einsatz von OCMC (Oxide Ceramic Matrix Composite) Werkstoffen ist es im Vergleich zu den herkömmlichen V-Kapseln möglich, die Wandstärke von 10-12 mm auf 2-3 mm zu reduzieren. Bei gleicher Dichte ergibt sich dadurch eine hohe Gewichtseinsparung. Die ist ein weiterer Vorteil neben dem verbesserten Korrosionsverhalten. Durch die dünnere Wandstärke ergibt sich aber auch ein höheres Fassungsvermögen.By using OCMC (Oxide Ceramic Matrix Composite) materials, it is possible to reduce the wall thickness from 10-12 mm to 2-3 mm compared to conventional V-capsules. With the same density, this results in a high weight saving. This is another advantage in addition to the improved corrosion behavior. The thinner wall thickness also results in a higher capacity.

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • EP 3450128 A [0027]EP 3450128 A [0027]

Claims (10)

Tiegel, insbesondere für mindestens ein Kathodenmaterial, umfassend einen oxydischen Faserverbundwerkstoff, wobei der Faserverbundwerkstoff oxydische Keramikfasern enthält, welche in eine Matrix eingebracht sind, wobei die Matrix mindestens ein Metalloxid enthält.Crucible, in particular for at least one cathode material, comprising an oxidic fiber composite material, the fiber composite material containing oxidic ceramic fibers which are introduced into a matrix, the matrix containing at least one metal oxide. Tiegel nach Anspruch 1, wobei die oxydischen Keramkifasern Fasern aus Aluminiumoxid und/oder auf Basis von Mullit sind.crucible after claim 1 , the oxidic ceramic fibers being aluminum oxide and/or mullite-based fibers. Tiegel nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Matrix Aluminiumoxid und ggf. Zirkoniumdioxid umfasst.crucible after claim 1 or 2 , wherein the matrix comprises alumina and optionally zirconia. Tiegel nach einem der Ansprüche 1 bis 3 wobei der Tiegel eine Viereckkapsel ist.Crucible after one of Claims 1 until 3 wherein the crucible is a square capsule. Tiegel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei eine Wandstärke des Tiegels in einem Bereich von 1 mm bis 5 mm liegt.Crucible after one of Claims 1 until 4 , wherein a wall thickness of the crucible is in a range from 1 mm to 5 mm. Tiegel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Tiegel aus einer oder mehreren Lagen eines Gewebes aus den oxydischen Keramikfasern besteht, welche mit der Matrix verbunden sind.Crucible after one of Claims 1 until 5 , wherein the crucible consists of one or more layers of a fabric made of the oxidic ceramic fibers, which are connected to the matrix. Tiegel nach Anspruch 6, wobei einzelne Lagen durch einen Fasersprühprozess hergestellt wurden.crucible after claim 6 , where individual layers were produced by a fiber spraying process. Tiegel nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die oxydischen Keramikfasern Fasern mit einer Länge von 1 mm bis 150 mm sind, welche bevorzugt geschnitten sind.Crucible after one of Claims 1 until 7 , wherein the oxide ceramic fibers are fibers with a length of 1 mm to 150 mm, which are preferably cut. Tiegel nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Tiegel eine rechteckige Form aufweist, wobei eine Länge und/oder eine Breite im Bereich von 100 bis 500 mm liegen und/oder eine Höhe im Bereich von 50 bis 200 mm liegt.Crucible after one of Claims 1 until 8th , wherein the crucible has a rectangular shape with a length and/or a width in the range of 100 to 500 mm and/or a height in the range of 50 to 200 mm. Tiegel nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Tiegel ein Gewicht von 0,5 bis 3,0 kg aufweist.Crucible after one of Claims 1 until 9 , the crucible having a weight of 0.5 to 3.0 kg.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114777474A (en) * 2022-04-02 2022-07-22 山东大学 Titanium carbonitride cermet material heat preservation device for microwave sintering

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3450128A1 (en) 2017-08-31 2019-03-06 Knohl, Stefan Method for the preparation of an intermediate product for the manufacture of a fibre-reinforced part and device for carrying out same

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3450128A1 (en) 2017-08-31 2019-03-06 Knohl, Stefan Method for the preparation of an intermediate product for the manufacture of a fibre-reinforced part and device for carrying out same

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114777474A (en) * 2022-04-02 2022-07-22 山东大学 Titanium carbonitride cermet material heat preservation device for microwave sintering
CN114777474B (en) * 2022-04-02 2024-04-26 山东大学 Heat preservation device for microwave sintering of titanium carbonitride-based metal ceramic material

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